DE3526338A1

DE3526338A1 - Messeinrichtung mit magnetoresistiven elementen

Info

Publication number: DE3526338A1
Application number: DE19853526338
Authority: DE
Inventors: Kenji Indo
Original assignee: Sokkisha Co Ltd
Current assignee: Sokkisha Co Ltd
Priority date: 1984-08-30
Filing date: 1985-07-23
Publication date: 1986-03-06
Also published as: JPS6146413U; GB2163852B; GB8518038D0; GB2163852A; JPH0623931Y2; US4731580A; DE3526338C2

Description

Meßeinrichtung mit magnetoresistiven Elementen

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Meßeinrichtung, die magnetoresistive Elemente enthält, die gegenüber einem Maßstab, z. B. einer magnetischen Art einer drehbaren oder linearen Maßeinteilung angeordnet sind, wobei die Meßeinrichtung für die Messung eines relativen Betrages der Bewegung zwischen der Maßeinteilung und der Reihe der magnetoresistiven Elemente durch Ausnutzung einer Änderung des Widerstandswertes der magentoresistiven Elemente infolge der Wirkung eines magnetischen Musters auf der magnetischen Maßeinteilung eingerichtet ist.

Es ist eine Meßeinrichtung bekannt, die das Maß der Drehung, der Bewegung usw. eines Objektes feststellt. Diese Art von Meßeinrichtung wurde wegen ihrer hohen Genauigkeit auf verschiedenen Gebieten benutzt. Vor kurzem wurde sie auf dem Gebiet der automatischen Steuerung eingesetzt. Die Einrichtung enthält ein magnetisches Muster mit einer Art gegebener Teilung und einen Sensor, der gegenüberliegend der magnetischen Maßeinteilung angeordnet ist. Die Meßeinrichtung kann entweder mit ortsfester magnetischer Maßeinteilung bzw. Sensor und dem jeweils anderen Teil in Verbindung mit einem beweglichen Objekt den Betrag der Bewegung des Objektes durch elektrische Verarbeitung eines Signals feststellen, das vom Sensor gewonnen wird, wenn sich das Objekt bewegt.

In diesem Fall enthalten Abschnitte für magnetoresistive Elemente die mit einer Teilung angeordneten magnetoresistiven Elemente, wobei deren Teilung der Teilung des magnetischen Musters auf der magnetischen Maßeinteilung entspricht. Die Meßeinrichtung erzeugt ein dem Ausmaß der Bewegung entsprechendes elektrisches Signal durch die Ausnutzung der Änderung des Widerstandswertes des magnetoresistiven Elementes aufgrund der Einwirkung des magnetischen Musters auf die magnetische Maßeinteilung.

Bei der oben beschriebenen Meßeinrichtung richtet sich die Teilung des magnetischen Musters auf der magnetischen Maßeinteilung nach der Auflösung der Messung. Die magnetoresistiven Elemente dus Sensors sind so angeordnet, daß ihre Teilung der Teilung des magnetischen Musters entspricht. D. h., die Teilung des magnetischen Musters und die Teilung der magnetoresistiven Elemente müssen in entsprechender wechselseitiger Beziehung zueinander stehen.

Wenn eine Vielzahl von magnetischen Maßeinteilungsarten mit ver- ^ψ schiedenen Auflösungen benutzt werden soll, ist es deshalb notwendig,

) 20 eine Vielzahl von Sensorarten bereitzustellen, die magnetoresistive

Elemente enthalten, die mit einer der Teilung des magnetischen Musters auf der jeweiligen Maßeinteilung entsprechenden Teilung versehen sind.

Dies führt oft zu einem komplizierten Meßvorgang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung mit einer Vielzahl von Abschnitten für magnetoresistive Elemente mit magnetoresistiven Elementen zu entwickeln, die mit ihren Paaren in wechselseitig verschiedener Teilung angeordnet sind, mit der die Meßeinrichtung, wenn die Vielzahl der Abschnitte für magnetoresistive Elemente wahlweise in Übereinstimmung mit der Teilung des magnetischen Musters auf einer magnetischen Maßeinteilung benutzt wird, mit einer Vielzahl von Arten magnetischer Maßeinteilungen auf einem einzigen Sensor durch die Auswahl der Vielzahl der Abschnitte für magnetoresistive Elemente in Übereinstimmung mit der Teilung des magnetischen Musters auf der magnetischen Maßeinteilung verwendet werden kann, wobei die Messung mit gutem Ergebnis durchgeführt werden kann.

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Gemäß der Erfindung ist eine Meßeinrichtung mit einer magnetischen Maßeinteilung, die ein magnetisches Muster von einer vorgegebenen Teilung aufweist, und mit einem der magnetischen Maßeinteilung gegenüberliegenden Sensor vorgesehen, der einen Abschnitt für magnetoresistive Elemente mit magnetoresistiven Elementen aufweist, die mit einer Teilung angeordnet sind, die der Teilung des magnetischen Musters entspricht, wobei ein elektrisches Signal, das dem relativen Betrag der Bewegung zwischen der magnetischen Maßeinteilung und dem Sensor entspricht, durch die Ausnutzung einer Änderung des Widerstandswertes des magnetoresistiven Elementes aufgrund der Einwirkung des magnetischen Musters auf die magnetische Maßeinteilung erzeugt wird. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Sensor mit einer Vielzahl von Abschnitten für magnetoresistive Elemente mit magnetoresistiven Elementen, die mit ihren Paaren wechselseitig mit verschiedener Teilung angeordnet sind, wobei die Abschnitte für magnetoresistive Elemente wahlweise in Übereinstimmung mit der Teilung des magnetischen Musters auf der magnetischen Maßeinteilung benutzt werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels .

Es zeigen:
Fig. 1

eine Ansicht von außen einer bei einer drehbaren Maßeinteilung auf magnetischer Basis eingesetzten Einrichtung,

Fig. 2

einen Hauptteil der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Ansicht in einer Ebene,

Fig. 3a bis 3f

Wellenformen zur Erklärung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung.

-JS-

Eine bei einer drehbaren Maßeinteilung auf magnetischer Basis eingesetzte Einrichtung der Erfindung wird im folgenden ausführlicher unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erklärt.

In Fig. 1 zeigt die Bezugsziffer 11 eine drehbare Maßeinteilung, die in Verbindung mit einem drehbaren, nicht gezeigten Gegenstand, in Drehung versetzbar ist, um den Betrag der Drehung zu messen. Ein magnetisches Muster 12 ist auf der Außenseite der drehbaren Maßeinteilung mit einer vorgegebenen Periode oder Teilung ausgebildet. Ein Sensor 13 ist gegenüber der Außenseite der drehbaren Maßeinteilung 11 fest angebracht.

Wie in Fig. 2 dargestellt, weist der Sensor 13 einen ersten Abschnitt 14 für magnetoresistive Elemente und einen zweiten Abschnitt 15 für magnetoresistive Elemente auf. Der erste und der zweite Abschnitt 14 und 15 für magnetoresistive Elemente sind als dünner ferromagnetischer Film auf einem isolierenden Substrat, z. B. Glas, durch Zerstäubung oder durch ein Verdampfungsverfahren mittels Ni, Ni-Fe-Legierung, Co usw. ausgebildet. An dieses Verfahren schließt sich ein Ätzverfahren an, um das in Fig. 2 gezeigte Muster herzustellen.

Es sei angenommen, daß 2 A, eine Periode des magnetischen Musters 12 auf der drehbaren Maßeinteilung 11 darstellt. In diesem Fall ist der erste Abschnitt 14 für magnetoresistive Elemente derart ausgebildet, daß magnetoresistive Elemente 17 und 18 mit der Teilung Λ jeweils als Paare im Abstand von Λ /4 angeordnet sind. Ein A-Phasen-Signal (ein Sinuswellensignal) und ein B-Phasensignal (ein Cosinuswellensignal) von verschiedenen Zyklen werden jeweils von den magnetoresistiven Elementen 17 und 18 ausgegeben.

Andererseits ist der zweite Abschnitt 15 für magnetoresistive Elemente derart ausgebildet, daß die magnetoresistiven Elemeite 19 und 20 mit einer Teilung λ./2 als Paare in einem Abstand von £./8 angeordnet sind. Das A-Phasen-Signal (Sinuswellensignal) und das B-Phasen-Signal) Cosisnuswellensignal) von verschiedenen Zyklen werden jeweils von den magnetoresistiven Elementen 19 und 20 ausgegeben. Dies bedeutet, daß das Verhältnis zwischen der Teilung χ der magnetoresistiven Elemente 17

BAD ORIGINAL

Λ.

und 18 in dem ersten Abschnitt IA für magnetoresistive Elemente und der Teilung Ji /2 der magnetoresistiven Elemente 19 und 20 im zweiten Abschnitt 15 für magnetoresistive Elemente die Beziehung einer geometrischen Reihe hat (eine zweifache Beziehung in dieser Ausführungsform). Die Auflösung einer Messung im zweiten Abschnitt 15 für magnetoresistive Elemente hat deshalb eine zweifache Beziehung zur Auflösung einer Messung im ersten Abschnitt 14 für magnetoresistive Elemente.

Wenn die drehbare Maßeinteilung 11 sich dreht, verändert sich ein Widerstandswert R zwischen den Anschlüssen Tl und T2 des magnetoresistiven Elementes 17 aufgrund der Wirkung des magnetischen Musters 12, wie in Fig. 3a dargestellt. In entsprechender Weise verändern sich jeweils ein Widerstandswert R zwischen den Anschlüssen T3 und TA des magnetoresistiven Elementes 17, ein Widerstandswert R zwischen den Anschlüssen T5 und T6 des magnetoresistiven Elementes 18 und ein Widerstandswert R . zwischen den Anschlüssen T7 und T8 des magnetoresistiven Elementes 18, . wie in Fig. 3b, 3c und 3d dargestellt. Wenn eine Spannung mit einem vorgegebenen Pegel an die Anschlüsse Tl und TA des magnetoresistiven Elementes 17 angelegt wird, wird daher ein in Fig. 3e gezeigtes A-Phasen-Signal mit einem Spannungspegel V zwischen den Anschlüssen T3 und TA des magnetoresistiven Elementes 17 erzeugt, wobei dieses A-Phasen-Signal dem Betrag der Drehung der drehbaren Maßeinteilung 11 entspricht. In entsprechender Weise wird ein in Fig. 3f gezeigtes B-Phasen-Signal mit einem Spannungspegel V zwischen den Anschlüssen T7 und T8 des magnetoresistiven Elementes 18 erzeugt, wenn eine Spannung mit einem gegebenen Pegel V an die Anschlüsse T5 und T8 des magnetoresistiven Elementes 18 gelegt wird, wobei das B-Phasen-Signal dem Maß der Drehung der drehbaren Maßeinteilung entspricht.

Wenn eine Spannung mit vorgegebenem Pegel an die Anschlüsse ti und t4 des magnetoresistiven Elementes 19 gelegt wird, wird ein A-Phasen-Signal zwischen den Anschlüssen t3 und t4 des magnetoresistiven Elementes 19 erzeugt. Wenn eine Spannung mit vorgegebenem Pegel an die Anschlüsse t5 und t8 gelegt wird, wird in entsprechender Weise ein B-Phasen-Signal an

den Anschlüssen t7 und t8 hervorgerufen, wobei vorausgesetzt wird, daß die Teilung /L eine Periode des magnetischen Musters 12 auf dem drehbaren Maßstab 11 darstellt.

Gemäß der Erfindung kann der Sensor 13 für zwei Arten von drehbaren Maßeinteilungen angewendet werden. Bei einer Art für das magnetische Muster mit einer Periode von 2 A und bei einer Art für das magnetische Muster mit einer Periode von /\. . Da das magnetische Muster auf den drehbaren Maßeinteilungen oft mit der Teilung von 2 (L , R , fr./2, Jl /4,···· in einer geometrischen Reihenbeziehung ausgebildet ist, wird ein Verhältnis zwischen der Teilung der magnetoresistiven Elemente 17 und 18 im ersten Abschnitt IA für magnetoresistive Elemente und der Teilung der magnetoresistiven Elemente 19 und 20 im zweiten Abschnitt 15 für magnetoresistive Elemente am günstigsten, wenn es die Beziehung einer geometrischen Reihe hat.

Claims

STHASHK it STOKKIiKCiKN .' ~ - . Z 2 „' . , ~ ~.. ~" . Sokkisha Co. Ltd. 1-1-1, Tomigaya Shibuya-ku Tokyo/Tapan München, 23. Juli 1985 19 Oil Patentansprüche

1. Meßeinrichtung mit einer magnetischen Maßeinteilung, die ein magnetisches Muster von einer vorgegebenen Teilung aufweist, und mit einem der magnetischen Maßeinteilung gegenüberliegenden Sensor, der einen Abschnitt für magnetoresistive Elemente mit magnetoresistiven Elementen aufweist, die mit einer Teilung angeordnet sind, die der Teilung des magnetischen Musters entspricht, wobei ein elektrisches Signal, das dem relativen Betrag der Bewegung zwischen der magnetischen Maßeinteilung und dem Sensor entspricht, durch die Ausnutzung einer Änderung des Widerstandswertes des magnetoresistiven Elementes aufgrund der Einwirkung des magnetischen Musters auf die magnetische Maßeinteilung erzeugt wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Sensor (13) eine Vielzahl von Abschnitten (14, 15) für magnetoresistive Elemente mit den magnetoresistiven Elementen (17, 18, 19, 20) aufweist, die mit Paaren mit verschiedener Teilung angeordnet sind, und daß die Abschnitte (14, 15) für magnetoresistive Elemente wahlweise in Übereinstimmung mit der Teilung des magnetischen Musters (12) auf der magnetischen Maßeinteilung (11) benutzt werden.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die magnetoresistiven Elemente (17, 18) eines Paares in einem Abschnitt (14) für magnetoresistive Elemente und die magnetoresistiven Elemente (19, 20) eines Paares in einem anderen Abschnitt (15) für magnetoresistive Elemente elektrische Signale mit wechselweise unterschiedlicher Phase in einem Paar erzeugen.

3· Meßeinrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Verhältnis zwischen der Teilung des magnetoresistiven Elementes jeweils eines Abschnittes (14) für magnetoresistive Elemente zu der Teilung des magnetoresistiven Elementes des anderen Abschnittes (15) für magnetoresistive Elemente einer geometrischen Reihenbeziehung entspricht.